浅析流体分析软件ADINA在隔膜泵设计领域的应用

王连丹

摘 要：本文介绍了大型隔膜泵的工作原理与结构特点，着重阐述并分析了流体分析软件ADINA在隔膜泵设计过程的应用，系统说明了此种软件对于隔膜泵液力端关键件结构设计的作用、意义和影响。

关键词：有限元；隔膜泵；强度分析

中图分类号：TH323 文献标识码：A

隔膜泵是泵类中重要的一类产品，包括三缸单作用和双缸双作用两大门类。以三缸单作用往复式活塞隔膜泵为例，该泵通过设置橡胶隔膜将压力油与输送的物料分隔开，使隔膜泵主要部件在清洁的油液中工作，保证了这些零部件的长期使用寿命。该泵的常备易损件仅为阀和橡胶隔膜，大大降低了运行和维护的成本。与此同时，采用合理的易损件装配结构和适用的检修工具，令检修和更换操作便捷，从而提高了泵的连续运转率，完全可以满足客户需求。隔膜泵具有高效节能、运行平稳可靠，以及自动化程度高等优点，已成为料浆输送系统中理想的具有高连续运转率的料浆输送设备。且隔膜泵的维修十分方便，其主要构件一般不需要维修，检修周期长，易损件的更换非常简单，只需要一般工人就可以更换维护。一般仅需要更换阀件、密封件等。

1 ADINA软件简介

ADINA出现于1975年，在K. J. Bathe 博士的带领下，其研究小组共同开发出ADINA有限元分析软件。ADINA的名称是Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis 的首字母缩写。这表达了软件开发者的最初目标，即ADINA除了求解线性问题外，还要具备分析非线性问题的强大功能——求解结构以及设计结构场之外的多场耦合问题。除了机械结构分析之外，ADINA-CFD 程序为可压缩和不可压缩的流体提供了世界一流的有限元和控制流量的解决能力，流体可包含自由表面和流体间以及流体与结构间的流动界面。程序运用一个任意拉格朗日欧拉（ ALE ）公式。

2 基于ADINA的隔膜泵动力端分析

隔膜泵动力端包括曲轴、连杆、活塞杆等关键部件，在动力端零部件的设计研发过程中，可采用有限元分析软件ADINA对其进行分析計算，来实现关键件的强度校核和优化设计，从而达到结构改进和降低生产制造成本的目的。以隔膜泵动力端活塞杆为例，根据其实际受力情况在有限元分析软件中对其进行载荷和边界条件施加，可得到其边界条件图和应力分布云图如图1所示和图2所示。

3 基于ADINA的隔膜泵液力端分析

隔膜泵液力端包括隔膜腔、隔膜室盖、腔体及油缸、进出料阀箱等关键件，在隔膜泵液力端关键件进行设计的过程中，应将内腔流体流动状态作为设计分析的重要依据。从而实现结构优化和改造。以隔膜泵液力端进出料阀箱为例，其流场特性分布如图3所示和如图4所示。

结论

随着有限元分析软件在工业领域应用的逐渐推广，在大型隔膜泵设计的过程中，采用ADINA分析软件对动力端和液力端的关键零部件进行分析并改进结构已经成为创新发展的必然趋势，也为设备的升级改造提供了重要的理论指导依据。

参考文献

[1]郁永章.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]马野，袁志丹，曹金凤.ADINA有限元经典实例分析[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2006.